[发明专利]一种暗场照明声学分辨率光声显微镜

说明书

本发明提供了一种暗场照明声学分辨率光声显微镜，包括激光光源、耦合光路、三维位移平台、光声耦合探头、超声信号收发仪以及控制与数据采集系统；其中，光声耦合探头包括环形光束生成元件、超声换能器、聚光镜以及将超声换能器和聚光镜相耦合的适配件；激光光源发射脉冲激光经由耦合光路生成平行光，平行光经过环形光束生成元件形成平行环形光出射，平行环形光经聚光镜会聚，形成一个光的弱聚焦，超声换能器设置在聚光镜的中心钻孔处，以实现声与光的共轴共焦；适配件的外径与聚光镜的中心钻孔相适配，内径与超声换能器相适配，通过对超声换能器的位置进行调整，使得超声的焦点与光的焦点重合。本发明在进行跨尺度成像时，只需要更换一个配合件和超声换能器即可，不再需要进行额外的调试操作，简单易行，且成本低廉。

技术领域

本发明涉及光声成像领域，尤其涉及一种光声显微镜，具体的讲是一种暗场照明声学分辨率光声显微镜。

背景技术

光声成像的原理是吸收体在吸收短脉冲激光后，受热膨胀，从而产生高频率的超声波，超声波的强度大小在一定范围的光吸收强度内，与光吸收的强度成正比。激发出超声波的短脉冲激光，其脉冲宽度需要满足热弛豫和压力弛豫两个限制。热弛豫和压力弛豫代表了热和压力从吸收体中传播出去所需要的时间，即短脉冲激光的脉宽需要满足一个脉冲激光结束后，吸收体中的热和压力还来不及往外传播。组织中的吸收体主要是血红蛋白、黑色素、水、脂质等。每种吸收体都有它的特异性光谱吸收曲线，通过选择待观测吸收体与其它吸收体吸收系数差异大，且接近或者处于待观测吸收体的光谱吸收峰时所对应的波长作为激发光，就能够将待观测吸收体与其它的吸收体的特异性的区分出来。图像的对比度来源于吸收体的光谱吸收差异。超声波在组织中的散射要比光的散射弱两到三个数量级。因此，通过接收光致超声波的方法，可以比接收光的成像方法要具有更大成像深度。光学成像深度通常在1mm以内，而光声成像的深度可达到6-7cm。从图像对比度而言，光声成像的对比度又远高于超声成像，因此，光声成像在医学成像领域得到了广泛的应用。

暗场照明声学分辨率光声显微镜是光声成像技术中成像深度最大的一种成像技术，在光能足够的情况下，能够充分发挥换能器的性能，获得最大的声学成像深度。现有的暗场照明声学分辨率光声显微镜一般是对激光器的出光进行准直扩束，然后耦合进光纤(或使用反射镜组实现光束的空间传播)，再对光纤出光准直成平行光入射锥透镜(或直接入射锥透镜)，平行光经过锥透镜后形成平行的环形光出射，平行环形光最后经过一个聚光镜会聚，形成一个光的弱聚焦。聚光镜中间钻孔，用于放置超声换能器，实现声与光的共轴共焦。但是，由于一个换能器只有一个中心频率，而换能器的分辨率和成像深度均与其中心频率有关，因此，想获得不同深度的高分辨率的图像时(即实现跨尺度成像)，只能通过更换换能器的方式来实现。而现有的聚光镜、换能器、夹具都是配套的，更换换能器，必然导致聚光镜和夹具都得换。这样不仅每换一次都需要重新调试系统，而且高质量的聚光镜和夹具的成本也响应大幅提升，这给每次实验造成了不必要的操作麻烦和成本浪费。

发明内容

本发明针对现有的暗场照明声学分辨率光声显微镜在实现跨尺度成像时，需要同时更换换能器、聚光镜和夹具，造成操作麻烦和成本增加的问题，设计了一种暗场照明声学分辨率光声显微镜。

为了达到上述目的，本发明实施例提供一种暗场照明声学分辨率光声显微镜，包括激光光源、耦合光路、三维位移平台、光声耦合探头、超声信号收发仪以及控制与数据采集系统；其中，所述光声耦合探头包括环形光束生成元件、超声换能器、聚光镜以及将所述超声换能器和聚光镜相耦合的适配件；所述激光光源发射脉冲激光经由所述耦合光路生成平行光，所述平行光经过所述环形光束生成元件形成平行环形光出射，所述平行环形光经所述聚光镜会聚，形成一个光的弱聚焦，所述超声换能器设置在所述聚光镜的中心钻孔处，以实现声与光的共轴共焦；所述适配件的外径与所述聚光镜的中心钻孔相适配，内径与所述超声换能器相适配，通过对所述超声换能器的位置进行调整，使得超声的焦点与光的焦点重合。